JP2009092282A - 空気調和機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明にかかる空気調和機は、温度検出対象範囲を走査しながら温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段を駆動する温度検出手段駆動回路と、温度検出手段駆動回路を制御する制御部とを備え、制御部は、温度検出手段を走査して、熱画素画像を取得し、熱画素画像から人の存在を判定し、熱画素画像の各画素毎に人の滞留回数を記憶し、滞留回数に基づいて人の活動量を推定し、その活動量に基づいて人の体感温度を推測し、活動量が大の場合は、空気調和機の制御で用いる体感温度をプラス補正し、活動量が小の場合は、空気調和機の制御で用いる体感温度をマイナス補正することを特徴とする。
【選択図】図12
Description
また、居住空間を分割して構成される複数の領域のそれぞれに対応する複数のマトリクス状に配置されたサーモパイル素子で一度に居住空間を測定して各領域の温度を求め、サーミスタによる基準温度との差分に基づく温度の変化量により各領域における人の在不在を検出する人体検出装置が知られている(例えば、特許文献3参照)。
また、焦電型赤外線センサを繰り返し往復走査させながら対象領域の前回の温度と今回の温度との比較により温度変化の大きい所を人の存在位置と決定する方法が知られている(例えば、特許文献5参照)。
温度検出手段を駆動する温度検出手段駆動回路と、
温度検出手段駆動回路を制御する制御部と、を備え、
制御部は、
温度検出手段を走査して、熱画素画像を取得し、
熱画素画像から人の存在を判定し、
熱画素画像の各画素毎に人の滞留回数を記憶し、
滞留回数に基づいて人の活動量を推定し、その活動量に基づいて人の体感温度を推測し、活動量が大の場合は、空気調和機の制御で用いる体感温度をプラス補正し、活動量が小の場合は、空気調和機の制御で用いる体感温度をマイナス補正することを特徴とする。
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1を示す空気調和機1の全体構成を示す説明図である。この空気調和機1は室内機10と室外機20とから構成される。室内機10は空調室内機として必要な通常の機器の他に、温度検出手段(温度検出装置)としてサーモパイル11(赤外線センサ)を備えている。そして、サーモパイル11の基準温度を測定するための温度測定手段(温度測定装置)としてサーミスタ12が、サーモパイル11の冷接点に近接して配置されている。なお、サーモパイル11は、空調予定範囲(以下、検出対象範囲ともいう)の一部領域を検出可能なように複数個または1個から構成されているか、あるいは上記空調予定範囲の全域を同時に検出可能なようにマトリクス状に構成されてもよい。サーミスタ12が、サーモパイル11の冷接点に近接して配置されていなくてもよい。サーミスタ12が、サーモパイル11の冷接点に近接して配置されていなくてもよい。
一方、室外機20は空調室外機として必要な通常の機器を備えるとともに、外気温度測定手段としてサーミスタ21を備えている。なお、上記サーミスタ12,21に代えて、他の温度センサを利用しても良い。
室内機10はさらに、サーモパイル11、サーミスタ12、サーモパイル駆動回路102、ファン駆動回路103の各機器に作用してそれらの動作を制御する制御部101(制御装置)を備える。制御部101はまた、サーモパイル11やサーミスタ12が取得した情報を取り込み、それらの情報を基に熱源の有無及び位置を算出する作用も果たす。この実施の形態では、サーモパイル11によって取り込まれた検出温度は、熱画素画像(単に熱画像とも称する)に変換されて保持される。以上のような作用を果たす制御部101は、例えば、所定の動作がプログラムされたマイクロコンピュータによって構成される。
なお、以後において、人体検出部1006を含め、発熱体の在/不在を検出する検出手段を総称して、熱源検出部と呼ぶこともある。
比較部1003は、サーモパイル11によって検出された値を、サーミスタ12によって検出された値と比較し、その差を出力する。この差(電位差)は、A/D変換部1004によってディジタル信号に変換される。そして温度変換部1005が、ディジタルの電位差信号を温度情報に変換する。
人体検出部1006は、前回の温度情報と今回の温度情報との差分が、予め設定した人体検知閾値を越えた場合には、そこに人体が存在すると判断する。
人体検出部1006によって人体が検知された場合、風向決定部1007は人体の存在位置を示す人体検知情報の通知を受けると、ルーバ108の方向(角度)を決定する。そして、決定したルーバ108の方向を指令値としてルーバ駆動回路106を制御する。これにより、ルーバ駆動回路106からステッピングモータであるルーバ駆動モータ107に指令が送られ、ルーバ108の方向が制御される。
また、人体検出部1006によって人体が検知された場合、風速決定部1008は人体検知情報の通知を受けると、ファン105の風速(又は回転速度)を決定する。そして、決定した風速を指令値としてファン駆動回路103を制御する。これにより、ファン駆動回路103からファンモータ104に指令が送られ、ファンモータ104が指令値に対応した回転速度でファン105を回転させ、ファン105から風が送り出される。
同様に、制御部101が各種の発熱機器に対応する閾値に基づいて、熱源をコンピュータサーバ等の発熱機器と判断した場合にも、予め定めた設定に基づいてその発熱機器を冷却したり、過熱により停止しないように空調したりする。
この場合、制御部101は、図4に示すように、サーモパイル11が一度に温度検出する範囲の一部を順次重ね合わせた状態でそれぞれ温度検知を行えるようにサーモパイル11を走査させる。温度検知可能な範囲の重ね合わせの態様としては、例えば、その範囲の1/2づつずらして重ね合わす。なお、サーモパイル11の温度検出範囲の重ね合わせ量は、検出する温度の精度に応じて適宜定めて良い。このようにすることで、サーモパイル11の温度検出範囲の端部分の温度情報であっても、重畳測定効果により検出温度の精度が増大するとともに、ノイズなどの阻害要因は分散されるため温度情報に悪影響を与えることは殆どない。このため、仮に対策を講じなければ検出精度が落ちるであろうサーモパイル11の温度検出範囲の端部分の精度が落ちることが防止できる。また、センサ中央部を利用して温度検出ができるので、安価なセンサで高精度な温度検出が可能になる。
上記のようにして順次重ね合わせて取り込んだ値は、そのまま使用してもよいが、サーモパイル11が一度に温度検出可能な範囲を基準として、検出対象範囲の位置を規定している場合には、1/2づつズレることになるため、制御部101が空調気流を制御する際等には、座標変換などの位置補正が必要になる。また、温度検出範囲を重ね合わせて取り込んだ値の重なっている部分の検出区間の温度を平均しても良い。
なお、サーモパイル11が人体検知を行いたい場所の周囲温度に関して人体輻射熱温度付近の温度を検出した場合には、制御部101は一旦ファン105を駆動して人体検出が可能な温度に下がるまで空調制御を行わせるか、もしくは、検出した1つ以上の場所の中から人体存在確率の高い場所を特定し、ルーバ108及びファン105を駆動してそこを中心に空調制御を行わせ、人体検出が可能な周囲温度になってから人体検知を再開するのが好ましい。
また、より高精度の温度検出が必要な場合、制御部101はサーモパイル11の温度検出範囲を3/4ずつ重ね合わせた各ポイントで温度検出を行うと、検出する温度の精度をさらに上げることができる。
図6のステップS1〜S4において、制御部101はサーモパイル11を利用して、空調予定空間(部屋)の温度情報を所定の間隔で取り込む。そして、S5〜S6において、取り込んだ温度情報を基に同じ温度帯と思われる部分を、図5のように熱画素表示を利用してグループ化する。次に、ステップS7において、制御部101は最初の温度情報T1、次の温度情報T2、その次の温度情報T3というように、取得した時間的に前後の温度情報を比較し、その温度差が人体に関するものとして想定される範囲内の値の部分を検出する。そして、その値が予め設定した人体検知閾値を超えていればその部分に人体があるとして、人体の存在位置を示す人体検知情報を出力する。また、制御部101は急激に温度変化を続ける部分(熱源)に対しては、周囲温度から人体の温度変化が起こりうる範囲内で予め設定した人体検知閾値を用いて人体か機器かを判断して、人体検知情報などを出力する。例えば、人が急激に運動をしても誤差を含めて最大10℃前後の変化しかない。体温が下がる場合には、エアコン冷風設定および扇風機を用いた誤差を算出して加味し、人体検知閾値範囲外の温度変化や温度帯であった場合には、人体以外の熱源つまり機器と判断する。これにより人体検知情報の精度が向上する。
ステップS8において、温度変化に起因して人体と判断された領域で、近い距離(予め定めておいた範囲内の距離)にある場合には同じ物体と考えられるので、それらの領域を同じものとしてグループ化する。この距離は周囲の温度情報などを加味し状況によって変化する。例えば、人体輻射熱温度から大きく周囲温度が下回っている場合には、衣類も冷えている可能性もあり、同じ物体とみなす距離を遠くすることにより人物の正確な抽出が行いやすくなる。制御部101は、グループ化した際に温度変化量とグループの大きさから、人体以外の熱源等による温度変化をノイズと判断する機構も備える。人体検知情報は、温度情報をサーモビューワーのように色分けされた画像(熱画素による熱画像)で表し、時間的に前後の画像で温度差分を算出し、人体存在地域にフラグを立てた2値化画像のようなものであり、空気調和機1はそれを基に、人体存在地域を中心に設定された空調制御を行う。
単純に、人体検知閾値を一つ設けて時間差分で人体検知を行った場合は、2値化でグループ化した場合に、足元を見逃してしまう可能性がある。しかし、上記方法では、頭部付近から足元付近まで熱レベルが隣り合っているものを、同じ人体(人物)としてグループ化できるので足元まではっきりと判断できる。また、足元付近と思われる差分のみ検出された場合にはノイズとみなし無視することもできるし、頭部が隠れていると判断して、複数周期後に頭部が現れるか判定する処理を加えることでより精度を上げることもできる。
このように人体検知閾値の数を増やすことにより体温以上に高温の物体をノイズ(熱源)として除去することができる。
なお、この技術は人体だけでなく他の熱源に対しても応用できる。例えば、車のエンジン部付近およびタイヤ付近は高熱になるがその他の部分はそれ程高温ではない。従って、各部位に対応した複数の熱源検知閾値を利用することで、車全体の輪郭を正確に検出することも可能である。
また、各グループを立設した四角形から構成した場合において、四角形の底辺の中央位置間距離を利用しても良い。ここで、空調制御の一例を示すと、制御部101は、人体存在地域にフラグを立てて設定された空調制御を行う場合、ルーバ108を駆動して暖房の場合は足もと付近と思われる四角形の底辺に向けて、冷房の場合はルーバ108を駆動して四角形の重心部分に向けて制御する。なお、風に当たりたくない人には空調気流をコントロールして空調するなど設定に合わせて快適な制御を行うことができる。
。そして、ユーザからの操作盤やリモコンからの切り替え操作により、制御部101がその記憶手段から対応する人体検知閾値を取り出して、以後その人体検知閾値に基づいて動作する。これにより人体検知感度も調整可能である。例えば、周囲温度が人間の表面温度に近い場合には、人体検知閾値を低く設定して、人体表面温度(人体輻射熱温度)付近の人体検知を敏感にしたり、室外機20のサーミスタ21や室内機10のサーミスタ12により、外出先から帰ってきたユーザの服の表面温度を算出し、その温度付近の閾値を低くすることも可能である。また空気調和機自身の空調により輻射熱が変化することも加味すれば、誤検知を少なくすることが可能になる。
人体が検知されない場合には、制御部101は人体存在値が存在する範囲のみで予め設定した値の減算を行う。制御部101は温度情報を取り込む都度または予め設定した時間毎に、人体存在値から予め設定された値を減算をしていき、人体存在値が不在判定閾値を下回った場合には、最後に動きが検知された場所でのみ不在判定を行う。
制御部101はさらに、人体検出時のグループ化された温度情報からの温度変化、並びにその部分の温度を利用して、人がいるかどうかを判定する不在判定を行う。これによれば、人が止まって動かないのかあるいは熱源が誤検知されたものなのかを、温度検知した場所でのみ判断可能なので、不在判定が確実に行える。制御部101は不在判定された人体存在地域のフラグをリセットし、フラグがリセットの場合にはその部分に対する空調制御を停止したり省エネ運転を行う。従って、無駄な空調をなくして省エネと空調効率化を図ることが可能になる。なお、人体検知は時間軸上の前後の温度のみを見ているので温度の差分(温度変化)がなければ制御部101は人体検知を行わない。また、家電機器などは徐々に温度上昇するので、人体温度付近の熱源が存在していたとしても従来の技術のように誤検知をしない。また、発熱機器が急峻に温度上昇をしても不在判定で誤検知をキャンセル可能である。
f(n)=f(n−1)×α+F(n)×β、
となり、人体が発見された場合にはその値が大きく上昇し、されない場合は徐々にその値が下降していく。人体存在係数αはユーザが任意で変更することができ、人体検知の感度を変更することも可能である。エアコン機種に応じて存在値算出の方法を変更することや書き換えることも可能であり、サービスマンやユーザがネットワーク経由で書き換えることもできる。
従来の発明では、一度、人体温度付近の熱源を誤検知した場合は再度判定を行う機構がなく誤検知を続ける。しかしこの実施の形態では、不在判定を行い、人体検知時の温度との差分をとることで温度変化が一定時間後に大きくなった場合には人体が不在と判断する。このため、発熱機器による急激な温度変化後などを避けて、確実に不在検知を行えるので誤検知が続くことはなく、正確な人体検知を行える。なお、人体検知を行う場合に用いる人体検知用の閾値テーブルと不在判定用の閾値テーブルは、通常は別のものを用いる。こうすることで、人体温度付近の閾値を小さくでき、微小変化も人体検出が可能となる。また、設定により人体検知感度を数段階にユーザーが設定可能である。さらに、人体検知時に用いる閾値テーブルと不在判定時に用いる閾値テーブルを分けることにより、上着を羽織るなどの変化で不在判定を行わないようにする効果がある。また、従来の方法では、人体検知した場所で人体検知がある一定時間起こらなければ不在と判断し、リビングで止まっている人物に対して適切な空調ができなかった。しかし、この実施の形態では、不在判定処理を行い、止まっている人物に対しても適切に空調することが可能になる。
例えば、以前に人体が検知されたエリア付近で再度人体検知された人体については、その付近に滞留している人体として活動量が小さいと判断する。一方、以前に人体が検知されたエリア以外で人体検知された人体は、活動量が大きいと判断する。
フレームレートが高い場合(周期が短い場合)は、ある一定範囲内の人物は同一人物として判断でき、移動領域が算出できるので活動量が容易に判断できる。
しかし、フレームレートが遅い場合や熱画像を走査して取得する方法の場合には、本手法が有効である。人体が連続で検出された位置には値を加算して行き、変化があった場所には値を減算する方法をとる。初めて現れた人物は外から入ってきているので活動量は大であり、同じ場所に滞留している人は活動量は小である。一度部屋から出て戻ってきても、人体検知された場所にほとんどいる場合は活動量は小である。
実施の形態1では、あるエリアで人体が検知された場合、その熱画像と次回の熱画像の比較を行う際、熱源が移動しない場合には、不在判定を行い、人の在・不在を判断する必要があった。実施の形態2では、これを簡素化した形態を説明する。
例えば、人体が検知された場合、温度の分布を表す熱画像の人体検出範囲の熱画素部分に、人体が検出される以前の熱画素を背景画像として上書きする。この場合、人体検知検出範囲以外の背景温度熱画素はそのまま上書きする。これにより、次の周期(フレーム)に時間が進んだ場合に、人が動かない場合にも、背景画像と熱源画像との差分がでるので、人の在・不在の判断が容易に行えることになる。これにより実施の形態1の不在判定を行わずとも、人がどのくらいの時間そのエリアにいるかが簡単に判断可能である。
人体検知したエリア以外の背景温度を更新する場合、新たに人体が移動した場合には前回の熱画素による平均周囲温度から人体検知閾値を決定するので、検出結果の精度が上がる。また、人体検出エリアでも周囲温度および人体検知位置での最後の背景温度を用いて平均周囲温度を算出するので、最適な人体検知閾値を適用することができ、検出誤差を少なくできる。
これに対処するため、人が滞留中に周囲温度の平均値が上がった場合、人が滞留している部分の熱画素を周囲環境温度に合わせて補正を行うことが好ましい。例えば、人が移動してくる前の背景温度が10℃であり、32℃の人が移動してきた場合、その後周囲温度が20℃に上昇し、人が移動した場合には20℃と10℃で差分が10℃で検出されてしまうおそれがある。そこで、この場合には、人体検知エリアまたは人体周囲の熱画素を基に、人体滞留背景温度熱画素部分に温度補正を加算する。これにより人が移動しても滞留していると誤検知されず正確に在・不在が判断できる。
また、空気調和機1から温度検出装置だけを取り外し、それをセンサ単体として作動させることも可能であり、他の家電機器や設備に内蔵または外付けすることが可能である。
上記実施の形態1において、制御部101は、人体が検知された位置の変化量から人体の活動量を算出し、その活動量に基づいて人体の温度上昇を推測し、その推測した温度上昇に基づき、空調制御を行うようにしてもよいと述べたが、本実施の形態では、その具体例について詳細に説明する。尚、空気調和機1の全体構成及び室内機10の構成は、実施の形態1の図1、図2と同様である。
(1)冷房運転時に、人2の活動量が少ない場合は、空気調和機の制御で用いる体感温度をマイナス補正するので、冷房が弱くなり冷え過ぎを防止すると共に省エネにもなる。
(2)暖房運転時に、人2の活動量が多い場合は、暖房が抑え目になり省エネになる。
本実施の形態では、実施の形態3で述べた人2の活動量の情報から、室内機10の内部に組み込まれるフィルタ自動清掃装置の動作間隔を制御する方式について説明する。
Claims (2)
- 温度検出対象範囲を走査しながら温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段を駆動する温度検出手段駆動回路と、
前記温度検出手段駆動回路を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記温度検出手段を走査して、熱画素画像を取得し、
前記熱画素画像から人の存在を判定し、
前記熱画素画像の各画素毎に人の滞留回数を記憶し、
前記滞留回数に基づいて人の活動量を推定し、その活動量に基づいて前記人の体感温度を推測し、活動量が大の場合は、空気調和機の制御で用いる体感温度をプラス補正し、活動量が小の場合は、空気調和機の制御で用いる体感温度をマイナス補正することを特徴とする空気調和機。 - 空気中の塵埃を捕捉するフィルタを有し、前記フィルタを定期的に自動で清掃するフィルタ自動清掃装置と、
温度検出対象範囲を走査しながら温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段を駆動する温度検出手段駆動回路と、
前記温度検出手段駆動回路を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記温度検出手段を走査して、熱画素画像を取得し、
前記熱画素画像から人の存在を判定し、
前記熱画素画像の各画素毎に人の滞留回数を記憶し、
前記滞留回数に基づいて人の活動量を推定し、前記活動量に応じて前記フィルタ自動清掃装置の動作間隔を制御することを特徴とする空気調和機。
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